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纳米粒子系统促进干细胞培养技术的发展

2018-05-21
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通过将白血病抑制因子( LIF )封装在可生物降解的纳米颗粒中,科学家开发了基于纳米颗粒的系统,以在培养中向干细胞递送生长因子,与使用生长培养基中的可溶性LIF的传统方法相比,使用基于纳米颗粒的递送系统时,以10,000倍的低剂量LIF导致细胞集落生长。

干细胞具有向不同类型细胞发展的潜能,在医学研究中发挥着重要作用。在生物体生长的胚胎阶段,干细胞发育成专门的心脏、肺和皮肤细胞等;在成年人身上,它们可以充当修复者,替代因损伤、疾病或仅仅是年龄而受损的细胞。鉴于干细胞在未来疾病治疗中的巨大潜力,实验室中干细胞的研究和生长是广泛而关键的。但是在培养物中生长细胞提供了许多挑战,包括持续需要补充培养基以支持期望的细胞生长。

生物医学工程与化学与环境工程副教授Tarek Fahmy和同事们开发了一种基于纳米颗粒的系统,用于向培养中的干细胞输送生长因子。这些生长因子直接影响干细胞的生长和它们向特定细胞类型的分化,通常在每天交换的培养基中提供。使用研究人员的新方法,这将不再是必要的。

( Paul de Sousa )是爱丁堡大学的一名研究员,也是该论文的合作伙伴,他说:“无论规模或性质如何,目前实践中的所有细胞培养系统通常通过直接添加到培养基中来提供外源生物活性因子。”。他解释说,采用这种方法,“成本是一个问题,特别是在长期培养过程中,当需要复杂的混合因子来扩大或引导细胞分化到特定的终点时。“

de Sousa说,第二个问题是特异性:通过直接添加到培养基中提供的生长因子会导致不需要的细胞群的生长,这最终会与所需细胞类型的生长竞争。

“提高干细胞培养效率的相对未探索的策略是将隔离在可生物降解的微或纳米颗粒中的关键生物活性因子与感兴趣的细胞类型进行亲和靶向,”de Sousa解释道,“从而实现空间和时间受控的细胞局部‘旁分泌’刺激。“

Fahmy和他的同事将支持干细胞生长和存活的白血病抑制因子包装在可生物降解的纳米颗粒中。通过在培养中生长的小鼠胚胎干细胞的表面上附着对抗原特异性的抗体来“靶向”纳米颗粒。结果,纳米颗粒靶向并附着到干细胞上,确保了包装在其中的生物活性因子的直接递送。

研究人员先前已经证明了这种方法在药物递送和疫苗接种中的潜在用途,包括靶向递送白细胞抑制因子( LIF ),其防止某些类型的白细胞迁移,以便有规律的免疫反应。在干细胞培养中,LIF也是维持细胞存活并使其保持发育成特殊类型细胞的能力所需的关键因素。

在这项研究中,Fahmy和他的同事将LIF包装到可生物降解的纳米颗粒中,以便在培养中缓慢释放到干细胞中。他们的结果显示,与使用生长培养基中可溶性LIF的传统方法相比,使用基于纳米颗粒的递送系统时,使用10,000倍低剂量的LIF的细胞集落生长。虽然使用传统的交换生长培养基的方法维持的干细胞培养物在培养5周后每天消耗多达25纳克的LIF,但使用纳米颗粒递送系统实现相同水平的生长仅需要0.05纳克的LIF总量,所需材料显著减少。

下一步是将这些系统与人类细胞一起使用,引导它们分化为造血细胞-血液制品。这种能力的临床和工业翻译需要用于细胞制造的高效和经济的策略。原则上,该方法提供了一种生产标准化或单独定制的细胞的方法,以克服与捐赠血液产品相关的挑战。

布鲁纳·科拉代蒂亚、帕斯·弗雷利娅、史蒂夫·佩萨、皮埃尔·巴格南宁夏、杰森·帕克、塔里克·法赫米、保罗·德索萨。亲和靶向纳米颗粒介导胚胎干细胞更新中的旁分泌信号事件。生物材料。

发表在《生物水》杂志上的研究ials :“亲和靶向纳米颗粒介导胚胎干细胞更新中的旁分泌信号事件”

来源:耶鲁工程与应用科学学院;耶鲁新闻

形象:耶鲁工程与应用科学学院